孫會勇

（長春市軌道交通集團有限公司，長春 130012）

1 概述

1.1 ATC系統(tǒng)

城市軌道交通列車自動控制（ATC）系統(tǒng)，通常包括3個子系統(tǒng)。

1）列車自動監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）；

2）列車自動防護子系統(tǒng)（ATP）；

3）列車自動駕駛子系統(tǒng)（ATO）。

長春輕軌4號線核心信號系統(tǒng)采用中國鐵路通信信號集團公司研制的基于數(shù)字化無絕緣軌道電路的準移動閉塞ATC系統(tǒng)。該系統(tǒng)由區(qū)域控制中心（含聯(lián)鎖）設(shè)備、數(shù)字化無絕緣軌道電路設(shè)備、車載ATC設(shè)備、中心/車站自動監(jiān)督ATS設(shè)備等組成，主要作用是實現(xiàn)列車的間隔控制、進路控制、超速防護和自動駕駛。該基于數(shù)字化無絕緣軌道電路的ATC系統(tǒng)，在信號傳輸、信號處理過程中均實現(xiàn)數(shù)字化，車載設(shè)備可以實現(xiàn)列車一次制動模式曲線控制及智能化自動駕駛控制。

1.2 車載ATC設(shè)備

FZL·Z20型車載ATC設(shè)備如圖1所示，應(yīng)用在長春輕軌4號線工程的23列列車上，包括ATP、ATO和TWC設(shè)備，可實現(xiàn)ATP防護下的列車自動駕駛。

車載ATP設(shè)備包括記錄板、電源板、通信板、輸入板、輸出板、STM板、主控板、繼電器板、CAN板、速度板、緊急制動繼電器盒、電源盒和ATP天線等。

車載ATO設(shè)備包括電源板、主機板、I/O板和控車板等。

車載TWC設(shè)備包括電源板、發(fā)送板、功放板、接收板、發(fā)送天線和接收天線等。

1.3 在線檢測目的

在線檢測裝置是為實現(xiàn)FZL·Z20型車載ATC設(shè)備快速在線維修和檢測。使用本檢測裝置，可快速對車載ATC設(shè)備工作狀態(tài)進行在線檢測。出庫前的檢測工作，確保了車載ATC設(shè)備工作正常才允許上線；回庫后的檢測工作，可以及時有效地檢查出車載ATC設(shè)備是否存在故障。

2 檢測裝置的功能

FZL·Z20型車載ATC設(shè)備在線檢測裝置的主要功能如下。

1）有效地檢測ATP天線的完整性和STM板的解碼功能。

2）有效地測試STM板的靈敏度。

3）可模擬列車經(jīng)過TWC環(huán)線交叉點。

4）有效地檢測TWC發(fā)送天線的完整性和發(fā)送板、功放板的發(fā)碼功能。

5）有效地檢測TWC接收天線的完整性和接收板的解碼功能。

6）可檢測ATP與STM板之間的通信功能。

7）可檢測TWC與ATP、ATO之間的通信功能。

3 檢測裝置的原理

檢測裝置采用Xilinx的FPGA作為主處理器，外接PWM驅(qū)動、功率放大電路、AD轉(zhuǎn)換和觸摸屏顯示器等設(shè)備，既有發(fā)碼功能，又有解碼功能，同時還能模擬列車經(jīng)過交叉點。

檢測裝置為便攜式設(shè)計，采用鋰電池供電，支持在線充電。

3.1 硬件結(jié)構(gòu)

檢測裝置由以下模塊組成：?1）邏輯控制模塊；?2）信號發(fā)送模塊；?3）信號接收模塊；?4）電源管理模塊；?5）顯示模塊。

檢測裝置的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.2 發(fā)碼電路

檢測裝置的發(fā)碼電路如圖3所示。

FPGA通過RS-232接口接收來自顯示模塊的發(fā)碼工作模式命令，根據(jù)命令確定當(dāng)前是發(fā)送DTC編碼、TWC編碼還是TWC交叉點，F(xiàn)PGA產(chǎn)生對應(yīng)信號的PWM波，經(jīng)過PWM驅(qū)動電路后送到功率放大及濾波電路，濾波后輸出FSK信號。通過反向控制器后輸出到小環(huán)線上，小環(huán)線布置到列車車底的STM天線或TWC接收天線下方，即可實現(xiàn)發(fā)碼功能。

為了監(jiān)測發(fā)送信號的電流，在小環(huán)線出口處串聯(lián)一個采樣電阻，從電阻上采集到的信號經(jīng)過采集電路和AD最后送給FPGA，由FPGA對信號的幅度進行計算，最后轉(zhuǎn)換為實際的環(huán)線電流。

3.3 解碼電路

檢測裝置的解碼電路如圖4所示。

當(dāng)FPGA接收到解碼工作模式指令后，啟動解碼功能，接收探頭感應(yīng)到的TWC車對地信號，經(jīng)過濾波偏置電路后送到AD進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后送給FPGA進行解調(diào)，解調(diào)出來的數(shù)據(jù)通過RS-232接口送給顯示模塊進行顯示。同時還計算當(dāng)前感應(yīng)到的信號幅度，也發(fā)送給顯示模塊進行顯示。

3.4 模擬交叉點電路

模擬過交叉點電路如圖5所示，是由繼電器實現(xiàn)的。當(dāng)繼電器處于落下接點時，輸出信號與輸入信號同相，假設(shè)此時信號為正相位。當(dāng)繼電器吸起，輸出信號與輸入信號相位相反，此時輸出信號為反相位。通過繼電器的吸起和落下，可實現(xiàn)輸出信號相位的變化，以此實現(xiàn)模擬TWC天線過交叉點。

3.5 軟件設(shè)計

檢測裝置的軟件分為兩部分，一部分為顯示模塊的軟件，另一部分為邏輯控制模塊的軟件。

顯示模塊的軟件主要完成人機交互。把人工選擇的工作模式轉(zhuǎn)換成命令發(fā)送給邏輯控制模塊，還把需要發(fā)送的編碼發(fā)送給邏輯控制模塊，同時把邏輯控制模塊送來的編碼數(shù)據(jù)、狀態(tài)和電流、電壓參數(shù)進行顯示。

邏輯控制模塊的軟件主要完成發(fā)碼、解碼、產(chǎn)生模擬交叉點信號和檢測電池容量的功能。

4 使用方法

使用檢測裝置對車載ATC設(shè)備進行檢測時，必須先打開車載ATC設(shè)備，依次對ATP天線和STM板、TWC接收天線和接收板、TWC發(fā)送天線、發(fā)送板和功放板進行檢測。

4.1 檢測ATP天線和STM板

檢測裝置小環(huán)線布置如圖6所示，把檢測裝置的小環(huán)線沿鋼軌方向放置在兩個ATP天線下方鋼軌的頂面，與ATP天線垂直，小環(huán)線放置的長度在ATP天線下方前后不小于0.5?m，并保證靠近ATP天線下方的位置小環(huán)線與鋼軌密貼。

打開檢測裝置電源，顯示器界面選擇發(fā)碼模式/數(shù)軌編碼，在顯示器界面上選擇“+”或“-”實現(xiàn)信號電流的控制；在顯示器界面上選擇“載頻”里的數(shù)字可以改變當(dāng)前信號的載頻，同時可觀察當(dāng)前小環(huán)線內(nèi)信號電流值。

把信號電流調(diào)整到120?mA，觀察STM板的“幀接收燈”是否閃爍，依次更換剩余8個信號載頻，信號電流都調(diào)整到120?mA，觀察STM板的“幀接收燈”的閃爍情況。若出現(xiàn)不閃爍的情況，則說明ATP天線、STM板和電纜至少有一個故障。

4.2 檢測TWC接收天線和接收板

把檢測裝置的小環(huán)線單根沿鋼軌方向放置在接收天線正下方300?mm的位置，打開檢測裝置電源，顯示器界面選擇發(fā)碼模式/TWC編碼，在顯示器界面上選擇“+”或“-”實現(xiàn)信號電流的控制，同時可觀察當(dāng)前小環(huán)線內(nèi)信號電流值。

把信號電流調(diào)整到400?mA，此時觀察車載TWC接收板面板的“幀接收燈”是否閃爍，若不閃爍，則說明有故障。

4.3 檢測TWC發(fā)送天線、發(fā)送板和功放板

通過檢測命令讓車載發(fā)送板正常發(fā)送信號，把檢測裝置的接收探頭放置在TWC發(fā)送天線下方150?mm的位置，打開檢測裝置電源，顯示器界面選擇解碼模式，觀察顯示器界面上顯示的接收編碼內(nèi)容，與車載發(fā)送板發(fā)送的內(nèi)容進行比較，應(yīng)為一樣的數(shù)據(jù)；若無法正常接收信息，則說明有故障。

5 結(jié)束語

本文介紹了FZL·Z20型車載ATC設(shè)備在線檢測裝置的功能、原理和使用方法。本檢測裝置已成功應(yīng)用于長春輕軌4號線列車車載ATC設(shè)備的維護檢測中。

使用在線檢測裝置可以及時有效的對車載ATC設(shè)備的工作狀態(tài)進行檢測，便于車輛檢測、維修和管理。